對於新藥研發領域而言，靶向致病蛋白是諸多研發者的第一選擇。而隨著我們對生物學瞭解的不斷加深，RNA 作為一大潛在的成藥靶點，逐漸吸引了業界的注意。去年，《Nature Reviews | Drug Discovery》在線發表了一篇綜述，指出 RNA 靶向療法已做好了爆炸式增長的準備。而在近日，這本知名期刊上又刊登了另一篇綜述，為我們介紹了研發 RNA 靶向新藥的幾大原則。在今天的這篇文章中，藥明康德微信團隊也將為讀者分享和整理這篇綜述的主要內容。
為什麼要研發 RNA 靶向藥物？
對小分子療法來說，它們絕大部分靶向的對象都是蛋白質。誠然，這一策略在過去的幾十年來為我們帶來了大量好藥新藥，但新藥研發人員對此卻並不滿足。這有著幾大原因：首先，不少蛋白質無“可成藥性”，這意味著很難對其開發具有抑制性的小分子；其次，蛋白只佔了基因組信息的極少部分。人類的基因組中，只有 1.5% 的序列編碼了蛋白質，和疾病相關的蛋白更是隻佔其中的 10-15%。毫無疑問，如果小分子藥物的靶點能超越蛋白質，將給新藥研發帶來新的變革。
靶向 RNA，將給我們帶來更多的成藥選擇（圖片來源：《Nature Reviews | Drug Discovery》）
RNA 就是這樣一種潛在的靶點。在正常細胞中，RNA 有著重要的生理功能——mRNA 攜帶了基因的遺傳信息，指導蛋白質的合成；非編碼 RNA 則調控基因的表達。靶向 RNA 有著多種好處：由於處於蛋白質的上游，靶向 RNA 有望直接對蛋白質的翻譯效率進行上調或下調，解決蛋白“不可成藥”的難題；RNA 在人類基因組中極為豐富，產生非編碼 RNA 的序列更是佔到了基因組的 70%，丰度比編碼蛋白質的序列高出一個數量級；而近期一些概念驗證性試驗的成功，也讓我們看到了希望。
RNA 靶向藥物的研發現狀
從 2012 年之前的歷史數據上看，靶向 RNA 的配體大多為鹼性，在正常生理環境下帶有正電荷。此外，它們的分子結構較平，能與 RNA 的鹼基進行良好的結合。這些分子儘管對 RNA 有很高的親和力，但特異性較差。因此，這些分子的藥理學特性不佳，很難成藥。
但如今，我們在尋找 RNA 靶向配體的領域取得了快速進展，許多課題組也正在尋找全新的靶向 RNA 的藥物。簡單來說，這些藥物根據靶向的 RNA 結構，可以被分為三大類，它們分別靶向：
- RNA 的多個密集螺旋（multiple closely packed helices）
- 不規則的次級結構（irregular and usually bulge-containing secondary structures）
- 或是三聯體重複（triplet repeats）
第一類藥物中已彰顯出潛力的四款分子（圖片來源：《Nature Reviews | Drug Discovery》）
在這三類靶向 RNA 的藥物中，第一類藥物被認為是當下 RNA 靶向藥物開發的進展前沿。這篇綜述中，作者們強調了四種分子——linezolid、ribocil、branaplam、以及 SMA-C5。綜述指出，這些分子“靶向了複雜的 RNA 結構模塊，且每一個均有很高的 QED（quantitative estimate of drug-likeness）分值”，表明其具有潛在的成藥潛力。值得一提的是，這些分子都是通過表型篩選找到的結果，之後才被確認具有 RNA 結合的屬性。因此，儘管它們開了一個 RNA 靶向新藥研發的好頭，但我們尚無法從中推導出明確的 RNA 靶向方針。
有趣的是，在另兩類藥物中，研究人員們最初的篩選過程，就是為了找到能靶向 RNA 的小分子藥物。這些篩選方法包括高通量篩選、使用專注這一方向的化合物庫、受結構啟發的設計、基於片段的篩選方法、以及計算機模型。這帶來了大量不同的潛在 RNA 靶向分子，讓我們對靶向 RNA 的原則與方針有了更深的認識。
如何靶向 RNA？
由於 RNA 與蛋白質結構上的顯著不同，研究人員們首先想到的問題在於 RNA 是否具有“可成藥性”。這個擔憂合情合理。與蛋白不同，RNA 主要由四類核苷酸元件組成，帶有大量電荷，也比蛋白質更為親水。但本綜述的作者們也指出，RNA 畢竟還是有摺疊後的三維結構。這些複雜結構有望帶來足夠的成藥構象，讓小分子藥物結合與識別。
小分子藥物也可識別 RNA 結構（圖片來源：《Nature Reviews | Drug Discovery》）
過去“意外發現”的小分子 RNA 靶向藥物支持了這一觀點。上文中提到的 linezolid 和 ribocil 從傳統藥物化學的角度看，都是非常傑出的分子——它們符合經典的“裡賓斯基五規則”，有較小的極性總表面積（tPSA），也有較好的細胞膜穿透性。此外，它們沒有明顯的毒性。最關鍵的是，它們能結合 RNA 靶點結構上的“口袋”。這與許多靶向蛋白質的小分子藥物如出一轍，也支持了靶向 RNA 的小分子藥物的研發。
如同蛋白質靶向藥物一樣，靶向 RNA 的藥物也需要對 RNA 結構的瞭解。該綜述的作者們指出，良好的 RNA 靶點，結構上應有足夠的“信息量”。目前，具有成藥潛力的幾個分子都靶向複雜的 RNA 結構。而倘若靶向簡單的 RNA 結構（如 RNA 螺旋），可能會影響到靶向分子的親和力與特異性。不幸的是，目前我們在 RNA 結構上取得的進展還比較有限，這或許是影響到 RNA 靶向療法研發效率的瓶頸之一。
八大指導方針
在這篇綜述的最後，作者們謹慎地指出，儘管我們在 RNA 靶向藥物的研發上取得了一些可喜的進展，但站在一個全局的角度看，我們依舊不知道如何大規模、可重複地篩選靶向 RNA 的小分子。為了指導未來的新藥篩選，研究人員們整理了幾大方針，供後人參考：
- 專注於具有足夠複雜度，結構獨特的 RNA 模塊。這些模塊有望帶來高質量的“口袋”，方便小分子藥物結合。這些模塊在大型 RNA 分子中較常見。
- 謹慎決定靶向 RNA 的小分子基本結構。在定義這些結構前，我們還需要更多的研究。過去幾十年來，靶向蛋白質的經驗或許有用。
- 在核糖體 RNA 上取得的成功，未必能旁推到其他領域。這些 RNA 在細胞中高度富集，靶向它們的分子可能有特殊的性質。
- 對於那些高度鹼性、具有插入特性、或是高度疏水的小分子化合物，對實驗結果的解讀要尤其謹慎。這些化合物可能與 RNA 有很高的親和力，但可能會有嚴重的脫靶效應。
- 留意那些能夠靶向 RNA- 蛋白質相互結合的分子，譬如 branaplam 和 SMA-C5。它們有望帶來出色的特異性與親和力。
- 找到那些具有“高信息量”的結構。相比蛋白質，RNA 的一大優勢在於我們有許多定量的化學方法去幫助我們完成這些工作。
- 在現有工具的基礎上，開發全新的工具，去更好地瞭解 RNA 的複雜結構。
- 找到那些具有明確治療機制的靶點，並針對它們尋找潛在的新藥。
好的 RNA 靶點應有足夠的“信息量”（圖片來源：《Nature Reviews | Drug Discovery》）
隨著我們對 RNA 生物學的進一步瞭解，我們期待有朝一日，RNA 將不再是一個難以靶向的分子。如果後續研究表明 RNA 的可成藥性優於蛋白，那有望為我們帶來全新的治療方案。我們希望儘快看到這一天的到來！
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本文題圖來自 123RF。
[1] Principles for targeting RNA with drug-like small molecules
[2] 深度長文：靶向 RNA，新領域已準備迎接爆發 – 藥明康德微信公眾號
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